книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

Сварка меди угольным электродом. Сварку меди и ее сплавов осуществляют дугой, горящей между изделием и угольным электродом, или независимой дугой, горящей между двумя угольными электродами. Дуговой разряд является источ­ ником энергии при сварке. Все технологические приемы, составы флюсов, приса­ дочного металла остаются такими же, как и при газовой сварке. Используя про­ волоку БрКМцЗ—1, можно вести сварку меди на воздухе. Полученные соедине­ ния удовлетворяют требования к механическим свойствам, но электро- и тепло­ физические свойства будут резко снижены. Сварку меди и ее* сплавов угольным электродом применяют редко, так как это малопроизводительный процесс.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Ручная электродуговая сварка электродами с покрытием позволяет получить удовлетворительные меха­ нические свойства сварных соединений, но состав металла шва будет существенно отличаться от состава основного металла из-за легирования раскислителями при сварке. Раскислители при сварке меди вводят в электродную проволоку и

вэлектродное покрытие. Составы металлических стержней и покрытий приведены

втабл. 12 и 13.

Сухую шихту замешивают на жидком стекле (класс А), которое составляет 20—25% массы шихты. Технология соответствует технологии изготовления электродов основного типа. Механические свойства сварных соединений при­ ведены в табл. 14. Тепло- и электропроводность сварных соединений значительно ниже, чем у чистой меди, особенно при сварке электродами из сплавов меди.

При сварке покрытыми электродами наблюдается сильное разбрызгивание. Металл шва часто содержит поры. Наиболее широкое применение получили электроды с покрытием К-100 (завод «Комсомолец»). При сварке меди и ее спла­ вов толщиной более 4—5 мм рекомендуется подогрев до 300—500° С. В последнее время московским электродным заводом разработаны новые электроды (ОМЗ-1, ТУ 14-16.8-17—76) для сварки меди. Они снижают легирование металла шва и повышают механические свойства сварного соединения по сравнению с ранее применявшимися электродами,

можно осуществлять под слоем плавленого флюса неплавящимся угольным или графитовым электродом, плавящимся электродом и плавящимся электродом под слоем керамического флюса.

При сварке под флюсом угольным (графитизированным) электродом, элек­ трод затачивают в виде плоской лопатки. Сборку под сварку производят с заклад­ кой встык присадочного металла (латуни, томпака) для раскисления металла шва. Засыпают прокаленный флюс ОСЦ-45. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности; подогрев тока создается в результате замыкания элек­

сварку, смена и заточка угольных электродов снижают производительность сварки этого вида.

В качестве электродного металла используют проволоки из меди Ml или МО. Для повышения механических свойств сварного соединения применяют и леги­ рованные проволоки из медных сплавов БрКМцЗ—Г, БрАЖМцЮ—3—1,5, но в этом случае снижаются тепло- и электропроводность металла шва. Сварку

выполняют на постоянном токе обратной полярности; коэффициент расплавления электродной проволоки около 20 г/(А-ч). При сварке меди толщиной более 15 мм рекомендуется разделка под углом 90° с притуплением или сварка расщепленным электродом. Сварку осуществляют на графитовой подкладке или на флюсовой подушке. Подготовка кромок и электродной проволоки должна быть тщательной — зачистка до металлического блеска и обезжиривание. Флюс должен быть про­ кален при 300—400° С. Сварку ведут при жестком закреплении или по прихват­ кам. Режимы сварки меди под флюсами АИ-20, АН-26 и АН-Ml можно опреде­ лить по рис. 10.

Для сварки латуни марок Л63 и Л062-1 применяют медную проволоку с ис­ пользованием плавленого флюса МАТИ-5 или АНФ-5. Этот способ сварки до­ пускает получение сварных соединений из меди со сталью. При сварке в этом слу­ чае электрод смещают на медь и подбирают такой режим, чтобы жидкая медь контактировала со сталью минимальное время во избежание хрупких прослоек (диффузия меди между зернами стали).

а) б)

Рис. 10. Выбор режимов сварки меди под флюсами (АН-20; АН-26; АН-Ml) в зависимости от толщины металла:

а — сварочный ток /; б — минимальная удельная погонная энергия q / v à

Керамический флюс К-13 МВТУ применяют при сварке меди, меди со сталями и наплавке меди на сталь. В состав флюса входят компоненты, % : глинозем 20; плавиковый шпат 20; кварцевый песок 8—10; магнезит 15; мел 15; бура безводная 15—19; порошок алюминия 3—5. Шихту замешивают на жидком стекле, грану­ лируют и после сушки прокаливают в течение 1—2 ч при 450° С. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности (табл. 17) при жестком закреплении на подкладке из охлаждаемой меди (толщиной до 2,5 мм) или на графите (толщи­ ной 5—6 мм).

Применение керамического флюса, кроме хорошего раскисления металла шва, позволяет легировать металл шва нужными компонентами (хромом, никелем и др.) через флюс. Электро- и теплопроводность металла шва получается на уровне электро- и теплопроводности основного металла. Механические свойства сварного соединения также приближаются к свойствам основного металла. Для сварки меди можно применять также флюс ЖМ-1, хорошо стабилизирующий дуговой разряд и позволяющий вести сварку на переменном токе. Состав флюса ЖМ-1, % : мрамор 28; полевой шпат 57,6; плавиковый шпат 8, древесный уголь 2,2; борный шлак 3,5; алюминий 0,7.

Электрошлаковая сварка меди и ее сплавов. Сварку меди большой толщины (30—55 мм) можно осуществлять электрошлаковым Ароцессом с пластинчатым электродом. В ИЭС Е. О. Патона разработаны флюсы для этого процесса, содер­

жащие фториды щелочных и щелочноземельных металлов. Температура плав­ ления флюсов должна быть ниже температуры плавления меди. Механические свойства металла шва мало отличаются от свойств основного металла: ав = 19 -5- ч- 20 кгс/мм2; Ô = 46 -*- 47%; ан = 16 кгс-м/см2.

присадочной проволоки, реже — сварку плавящимся электродом. Применяют защитные газы: аргон высшего сорта по ГОСТ 10157—73, гелий особой чистоты по МРТУ 6-02-274—66, азот особой чистоты по МРТУ 6-02-375—66. Наиболее целесообразно применять азот высокой чистоты, в котором эффективный и тер­ мический КПД дугового разряда выше, чем для аргона и гелия. При сварке в азоте глубина проплавления получается выше, чем при сварке в аргоне и гелии, но ус­ тойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне и гелии. Эти результаты

наблюдается наибольшая устойчивость дугового разряда. Несмотря на высокую чистоту защитных газов, медь при сварке подвергается окислению, и может возникать пористость, что определяет необходимость применения легированных присадочных и электродных проволок.

Сварку меди неплавящимся вольфрамовым электродом осуществляют на по­ стоянном токе прямой полярности; используют электрод из лантанированного вольфрама, который обладает удовлетворительной устойчивостью в защитных газах, в том числе, и в азоте особой чистоты. При сварке электрод располагают строго в плоскости стыка, наклон электрода 60—80° «углом назад». При сварке меди толщиной более 4—5 мм рекомендуется подогрев до 300—400° С.

Присадочные проволоки из чистой меди Ml и МО при сварке обеспечивают получение металла шва, по составу и физическим свойствам близкого к основ­ ному металлу, однако механические свойства сварного соединения понижены, а пористость уменьшает плотность металла шва. При введении в состав приса­ дочных проволок раскислителей и легирующих компонентов механические свой­ ства сварного соединения возрастают, но, как правило, снижаются тепло- и элек­ тропроводность металла шва, что недопустимо при сварке ответственных изде­ лий из чистой меди. В таких случаях рекомендуются присадочные проволоки, легированные сильными раскислителями (в микроколичествах), которые после сварки не остаются в составе твердых растворов, а переходят в свои соединения (высокодисперсные, шлаковые включения), и поэтому не влияют на физические свойства металлов. Аргонодуговая и азотно-дуговая сварки будут различаться по составу присадочных проволок, так как в азоте возможно образование нитри­ дов некоторыми легирующими компонентами. Составы присадочных проволок приведены в табл. 18 и 19.

Присадочные проволоки, приведенные в табл. 20, позволяют получить ме­ талл шва с физическими и механическими свойствами на уровне свойств основного металла Ml; коррозионная стойкость сварных соединений такая же как и у основ­ ного металла. Рекомендуемые режимы сварки приведены в табл. 20.

При сварке меди плавящимся электродом в защитных газах капли металла проходят через дуговой промежуток, перегреваются и подвергаются более силь­ ному окислению за счет воздушной атмосферы, попадающей в струю защитного газа. Поэтому для электродного металла употребляются проволоки из медного сплава марок БрКМцЗ—1, МНЖКТ5-0,2-0,2. Металл шва утрачивает физиче­ ские свойства чистой меди, но по механическим свойствам сварные соединения получаются удовлетворительные.

Электродную проволоку и кромки основного металла зачищают до блеска и обезжиривают. Медь толщиной до 5—6 мм можно сваривать без разделки кро-

мок. Для сварки вакуумно-плотных швов выполняют разделку «вакуумный замок» с обязательной проваркой корневого шва. Сварку осуществляют на подкладках из прокаленного графита или медных пластин, охлаждаемых водой. Чрезмерное охлаждение медной подкладки и появление точки росы может вызвать пористость в нижней части шва. Медь толщиной более 5 мм сваривают на флюсовой подушке. Швы большой протяженности сваривают по прихваткам, проставленным с шагом 300—400 мм.

20.Рекомендуемые режимы сварки медч неплавящимся электродом в среде защитных газов; соединение стыковое на медной подкладке или флюсовой подушке

Дуговую сварку латуней и других сплавов меди, содержащих цинк, рекомен­ дуется вести с низкоопущенным соплом. Расход защитного газа зависит от его плотности и теплофизических свойств (л/мин): аргона 8—10, гелия 10—12, азота 10— 14.

Сварку меди плавящимся электродом в воздушной атмосфере можно произ­ водить электродной проволокой, сильно легированной активными раскислителями — редкоземельными металлами. Этот вид сварки применяется на заводе «Комсомолец».

Особенности сварки биметалла медь-сталь, наплавки меди на поверхность стали и сварки меди со сталью. При осуществлении этих технологических опера­ ций возможно возникновение хрупких слоев за счет интенсивного проникнове­ ния меди в поверхностные слои стали по границам зерен. Процесс проникнове­ ния определяется температурой и временем контактирт5вания жидкой меди с твер­ дой сталью. Для уменьшения проникновения меди по границам зерен процесс сварки меди со сталью или процесс наплавки меди на сталь надо производить при минимальной погонной энергии и с минимальной глубиной проплавления, используя дополнительное охлаждение для ускорения кристаллизации медного слоя.

Наплавку меди на сталь можно производить, используя .различные способы сварки, соблюдая указанные выше условия. Хорошие результаты можно полу­ чить при наплавке под флюсом [5] плавящимся электродом, подающимся автома­ тической головкой, совершающей колебания в плоскости, перпендикулярной к поступающему движению. Стальную поверхность можно охлаждать со стороны, противоположной наплавке, или охлаждать непосредственно металл наплавки водоохлаждаемыми устройствами. При наплавке меди в среде аргона плавящимся электродом следует соблюдать аналогичные условия.

При сварке меди со сталью плавящимся электродом надо электрод отклонять в сторону меди, так как магнитное дутье в процессе сварки будет возвращать дуговой разряд на свариваемые кромки. При сварке необходимо применять ми­ нимальные токи, обеспечивающие формирование сварного шва.

Сварку биметалла медь — сталь можно осуществлять со стороны плакирую­ щего слоя или со стороны стали. В первом случае неизбежны удаление плакирую­ щего слоя на стыкуемых кромках, сварка стали, зачистка полученного шва и наплавка меди на сталь для восстановления плакирующего слоя. При возмож­ ности сварки со стороны стали плакирующий медный слой в зоне сварки не уда­ ляют; после сварки стали производят заварку стыка на плакирующем слое лю­ бым способом. Разделку кромок и конструктивные размеры сварных соединений принимают по ГОСТ 16098—70.

Список литературы

1. Евсеев Г. Б., Глизманенко Д. Л. Оборудование н технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов. М., «Машиностроение», 1974,

с.112 -122 .

2.Клячкин Я. Л. Сварка цветных металлов и сплавов. М., «Машиностроение», 19С4, 336 с.

5.Смирягин А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы. М., Металлургнздат, 1956. 559 с.

6.Справочник по сварке. Под ред. А. И. Акулова. Т. 4. М., «Машиностроение», 1971. 415 с.

7.Фролов В. В., Арутюнова И. А. Автоматическая сварка и наплавка меди и ее

сплавов под керамическими флюсами. Кн.: Сварка цветных металлов. М ДНП, 1961,

с.41—54.

8.Фролов В. В., Ермолаева В. И. О неравномерности распределения водорода в меди при сварке. — «Сварочное производство», 1975, № 12, с. 28—29.

Никель сохраняет пластические свойства при низких температурах (табл. 3). Небольшие добавки марганца, кремния, углерода, магния и других элемен­ тов, содержащихся в техническом (полуфабрикатом) никеле, вводят как раскислители и десульфураторы. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью и повышенными механическими свойствами. Монель^здбл. 4) по структуре отно­

составляет 8,7—8,84 г/см3. Температура плавления никеля в зависимости от сте­ пени его чистоты 1430—1455° С, а температура кипения при атмосферном давле­ нии 2730—3080° С. Средняя удельная теплоемкость никеля в интервале температур

при дальнейшем повышении температуры — возрастает. Коэффициент линейного

В промышленности в основном используют сплавы на никелевой основе, приведенные в табл. 5. Они обладают, в зависимости от состава, высокой окалиностойкостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью, большим электрическим сопротивлением и термоэлектродвижущей силой и т. д. Хром, а иногда кремний и алюминий, вводят в сплавы для улучшения их окалиностойкости. Для повыше­ ния жаропрочности применяют легирующие присадки: титан, алюминий, бор, ниобий, кальций, молибден, вольфрам и др. Большей частью эти элементы вводят в сплавы одновременно в определенных сочетаниях, и чем выше должна быть жаро­ прочность, тем более сложен химический состав сплава. Медь, хром, железо и кобальт образуют с никелем бинарный (двойной) твердый раствор в широком диа­ пазоне концентраций и поэтому при обычных концентрациях в сплавах мало влияют на их свариваемость. При содержании в сплаве 20% Mo и выше образу­ ется a -фаза. Сера, фосфор, магний, цирконий, бор и свинец нерастворимы в ни­ келе и могут образовывать эвтектики, которые вызывают кристаллизационные трещины, если не применяют меры, предупреждающие их. Бор и цирконий в не­ больших количествах добавляют в некоторые сплавы для повышения их жаро-